CN110184892B - 一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构，涉及桥梁工程钢箱梁结构及管道运输技术领域，所要解决的问题是提供一种抗爆抗冲击兼管道运输功能钢箱梁结构，采用的方案为：钢箱梁结构由顶板、两个侧风嘴、第一腹板、第二腹板、第三腹板、底板、管箱抗爆组合件、组合板、多通接头和横隔板组成，管箱抗爆组合件由管箱‑剪切增稠液组合抗爆结构组成，管箱‑剪切增稠液组合抗爆结构包括矩形钢箱和圆管道，矩形钢箱的端部封板上侧角部和下侧角部分别设有进液阀门和出液阀门，矩形钢箱竖直侧壁设有多个用于固定箱体的带有螺栓孔的角钢；本发明适用于钢箱梁结构技术领域。

Description

一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构

技术领域

本发明涉及桥梁工程钢箱梁结构及管道运输技术领域，具体为一种抗爆抗冲击兼管道运输功能钢箱梁结构。

背景技术

钢箱梁具有轻质、较现浇桥梁易修建、内部空间大的特点，一般多用于大跨度斜拉桥及悬索桥；钢箱梁为中空结构，为保护电缆、输气、输水管道等设备免受道路运输环境的影响，常将该设备置于箱梁内部；随着危险物品汽车运输、恐怖袭击、局部战争威胁等各种爆炸作用时有发生，研究爆炸作用并对钢箱梁结构进行爆炸作用下优化设计，对我国的桥梁结构钢箱梁防爆减灾具有重要意义。

专利申请号201610641710.1提出了一种抗爆炸冲击作用的钢箱梁截面设计方法，主要通过多层横桥式桁架-泡沫铝组合构件进行防护，未充分考虑和平时期与安全运营条件下箱梁内部空间的充分利用，未能将管道进行合理布设；专利申请号201210532410.1提出了一种钢-混凝土组合结构抗爆毁伤的方法，主要针对钢铸件、混凝土铸件分别设计，与钢箱梁材料选取、结构组合形式、受力荷载及受力模式差别较大，尚不能指导钢箱梁的防爆设计；钢箱梁发生爆炸作用会对结构产生剧烈的局部破坏效应，并且存在顶板的碎片会击穿底板的可能性，尚未有钢箱梁结构设计上能考虑防爆防冲击与和平运营时期充分利用结构空间的设计理念，也尚未有钢箱梁结构抗爆设计与和平利用相结合的结构设计。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构，具备内部具有防爆防冲击、和平时期能提供管道运输功能、有抗爆需求时可迅速转化为抗爆结构且具有良好隐蔽性等优点，解决了目前钢箱梁结构设计上功能单一的问题。

为实现上述内部具有防爆防冲击、和平时期能提供管道运输功能、有抗爆需求时可迅速转化为抗爆结构且具有良好隐蔽性的目的，本发明提供如下技术方案：一种抗爆抗冲击兼管道运输功能钢箱梁结构，钢箱梁结构由顶板、两个侧风嘴、第一腹板、第二腹板、第三腹板、底板、管箱抗爆组合件、组合板、多通接头和横隔板组成。

所述管箱抗爆组合件由管箱-剪切增稠液组合抗爆结构组成，所述管箱-剪切增稠液组合抗爆结构包括矩形钢箱和圆管道，所述矩形钢箱的端部封板上侧角部和下侧角部分别设有进液阀门和出液阀门，所述矩形钢箱竖直侧壁设有多个用于固定箱体的带有螺栓孔的角钢。

所述顶板包括多个加劲肋和多个带有螺栓孔的钢块，且带有螺栓孔的钢块的布置与矩形钢箱竖直侧壁上部的带有螺栓孔的角钢对应。

进一步优化本技术方案，所述圆管道为SHS陶瓷内衬钢管，所述矩形钢箱与圆管道之间的空隙填充有剪切增稠液。

进一步优化本技术方案，所述矩形钢箱高度为圆管道外径的1.5~2倍，所述矩形钢箱宽度大于圆管道外径，且圆管道内切固定于矩形钢箱底部。

进一步优化本技术方案，所述第一腹板、第二腹板、第三腹板和底板均为带有加劲肋的钢板，并在其上焊接带有螺栓孔的角钢，且第一腹板上的加劲肋及带有螺栓孔的角钢在第一腹板两侧对称分布，所述侧风嘴为带有加劲肋的钢板组成。

进一步优化本技术方案，所述组合板由靠近管箱抗爆组合件一侧碳纤维板和靠近底板一侧方向的钢板组成，用环氧树脂胶粘接，并预留螺栓孔，并在预留螺栓位置焊接带有同样螺栓孔的钢垫条。

进一步优化本技术方案，所述圆管道与横隔板相交位置采用多通接头连接跨越。

与现有技术相比，本发明提供了一种抗爆抗冲击兼管道运输功能钢箱梁结构，具备以下有益效果：钢箱梁结构具有防爆防冲击性能，爆炸产生的碎片碎物高速撞击时，剪切增稠液会迅速变得极其坚硬，吸收其冲击能量，降低弹片及破碎物侵入速度；和平时期能提供管道运输功能，并且有抗爆需求时可迅速转化为抗爆结构，而且具有良好隐蔽性。

附图说明

图1为本发明提出的一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构的箱梁截面图。

图2为本发明提出的一种抗爆抗冲击兼管道运输功能钢的箱梁结构的管箱-剪切增稠液组合抗爆结构图。

图3为本发明提出的一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构的小部件安装图。

图4为本发明提出的一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构的组合板结构示意图。

图5为本发明提出的一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构的多通接头连接图。

图中：11、顶板；111、加劲肋；112、带有螺栓孔的钢块；113、钢垫条；12、侧风嘴；13、第一腹板；14、第二腹板；15、第三腹板；16、底板；17、管箱抗爆组合件；171、矩形钢箱；172、圆管道；173、进液阀门；174、端部封板；175、出液阀门；18、组合板；181、碳纤维板；182、钢板；20、多通接头；30、横隔板；41、带有螺栓孔的角钢。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构，钢箱梁结构由顶板11、两个侧风嘴12、第一腹板13、第二腹板14、第三腹板15、底板16、管箱抗爆组合件17、组合板18、多通接头20和横隔板30组成；

管箱抗爆组合件17由管箱-剪切增稠液组合抗爆结构组成，管箱-剪切增稠液组合抗爆结构包括矩形钢箱171和圆管道172，圆管道172为SHS陶瓷内衬钢管，可以起到良好的抗冲击作用，矩形钢箱171与圆管道172之间的空隙填充有剪切增稠液，矩形钢箱171高度为圆管道172外径的1.5~2倍，矩形钢箱171宽度大于圆管道172外径，且圆管道172内切固定于矩形钢箱171底部，矩形钢箱171的端部封板174上侧角部和下侧角部分别设有进液阀门173和出液阀门175，矩形钢箱171竖直侧壁设有多个用于固定箱体的带有螺栓孔的角钢41；

顶板11包括多个加劲肋111和多个带有螺栓孔的钢块112，且带有螺栓孔的钢块112的布置与矩形钢箱171竖直侧壁上部的带有螺栓孔的角钢41对应，用于与管箱-剪切增稠液组合抗爆结构连接。

作为本实施例具体的优化方案，第一腹板13、第二腹板14、第三腹板15和底板16均为带有加劲肋111的钢板182，并在其上焊接带有螺栓孔的角钢41，且第一腹板13上的加劲肋111及带有螺栓孔的角钢41在第一腹板13两侧对称分布，侧风嘴12为带有加劲肋111的钢板182组成，增加结构稳定性。

作为本实施例具体的优化方案，组合板18由靠近管箱抗爆组合件17一侧碳纤维板181和靠近底板16一侧方向的钢板182组成，用环氧树脂胶粘接，并预留螺栓孔，并在预留螺栓位置焊接带有同样螺栓孔的钢垫条113，方便进行固定。

作为本实施例具体的优化方案，圆管道172与横隔板30相交位置采用多通接头20连接跨越，减少对横隔板30过大开口导致的截面削弱。

上述剪切增稠液可以是纳米二氧化硅分散到聚乙二醇中形成的液体；或者其他市场上购买的剪切增稠液。

在使用时，矩形钢箱171与圆管道172之间空隙在管道和平运营期间不填充任何物质，在有抗爆需求时填充剪切增稠液，作为第一抗爆区，可在矩形钢箱体171端部封板174上侧角部的进液阀门173处注入剪切增稠液，剪切增稠液在高速冲击下，其中的特殊粒子相互碰撞，形成了对这种搅动的抵抗力，显现出固体特性，当爆炸产生的碎片碎物高速撞击时，剪切增稠液会吸收撞击能量，并迅速变得极其坚硬，降低弹片及破碎物侵入速度，吸收其动能，呈现出固态特征，当碎片碎物速度降低至很低时，剪切增稠液会呈现出液体特征，从剪切增稠液中缓慢下降至矩形钢箱171底部，保护钢箱梁内部管道及其它设施；当爆炸作用危险因素解除，钢箱梁结构进入和平运营期间时，可打开出液阀门175将剪切增稠液排出，减轻结构自重；对于一般的爆炸事故或恐怖袭击，第一抗爆抗冲击区，可以很好的保护钢箱梁结构及内部管道，当战争或恐怖袭击升级时，和平时期作为输水、输油、输气的圆管道172内不再输送此类普通物质，提前替换为剪切增稠液，作为第二抗爆抗冲击区，当弹片或破碎物突破前述的第一抗爆抗冲击区后，圆管道172可以起到良好的抗冲击作用，该管道破损破坏所需较大碎片动能，管内充入的剪切增稠液可进一步降低碎片碎物侵入速度，吸收其动能，进一步保护箱梁内部设施及其它输送管线；碳纤维板181具有一定韧性，可以吸收消耗部分冲击波及降低碎片动能，钢板182进行塑性变形吸收更大的冲击波及碎片动能，作为第三抗爆抗冲击区，通过三级抗爆抗冲击区联合作用，实现对不同量级爆炸的防御，以及平战结合的目标。

综上所述，该抗爆抗冲击兼管道运输功能钢箱梁结构，具有防爆防冲击性能，爆炸产生的碎片碎物高速撞击时，剪切增稠液会迅速变得极其坚硬，吸收其冲击能量，降低弹片及破碎物侵入速度；和平时期能提供管道运输功能，并且有抗爆需求时可迅速转化为抗爆结构，而且具有良好隐蔽性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构，其特征在于：钢箱梁结构由顶板（11）、两个侧风嘴（12）、第一腹板（13）、第二腹板（14）、第三腹板（15）、底板（16）、管箱抗爆组合件（17）、组合板（18）、多通接头（20）和横隔板（30）组成；

所述管箱抗爆组合件（17）由管箱-剪切增稠液组合抗爆结构组成，所述管箱-剪切增稠液组合抗爆结构包括矩形钢箱（171）和圆管道（172），所述矩形钢箱（171）和圆管道（172）之间的空隙设为第一抗爆区，所述圆管道（172）的内部设为第二抗爆区，所述的第一抗爆区和第二抗爆区可以填充剪切增稠液，所述的第二抗爆区也可以输送普通物质，所述矩形钢箱（171）的端部封板（174）上侧角部和下侧角部分别设有进液阀门（173）和出液阀门（175），所述矩形钢箱（171）竖直侧壁设有多个用于固定箱体的带有螺栓孔的角钢（41）；

所述顶板（11）包括多个加劲肋（111）和多个带有螺栓孔的钢块（112），且带有螺栓孔的钢块（112）的布置与矩形钢箱（171）竖直侧壁上部的带有螺栓孔的角钢（41）对应。

2.根据权利要求1所述的一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构，其特征在于：所述圆管道（172）为SHS陶瓷内衬钢管。

3.根据权利要求1所述的一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构，其特征在于：所述矩形钢箱（171）高度为圆管道（172）外径的1.5~2倍，所述矩形钢箱（171）宽度大于圆管道（172）外径，且圆管道（172）内切固定于矩形钢箱（171）底部。

4.根据权利要求1所述的一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构，其特征在于：所述第一腹板（13）、第二腹板（14）、第三腹板（15）和底板（16）均为带有加劲肋（111）的钢板（182），并在其上焊接带有螺栓孔的角钢（41），且第一腹板（13）上的加劲肋（111）及带有螺栓孔的角钢（41）在第一腹板（13）两侧对称分布，所述侧风嘴（12）为带有加劲肋（111）的钢板（182）组成。

5.根据权利要求1所述的一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构，其特征在于：所述组合板（18）由靠近管箱抗爆组合件（17）一侧碳纤维板（181）和靠近底板（16）一侧方向的钢板（182）组成，用环氧树脂胶粘接，并预留螺栓孔，并在预留螺栓位置焊接带有同样螺栓孔的钢垫条（113）。

6.根据权利要求1所述的一种抗爆抗冲击兼管道运输功能的钢箱梁结构，其特征在于：所述圆管道（172）与横隔板（30）相交位置采用多通接头（20）连接跨越。

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